劉秋蒙　劉靜文　張滿　舒晨暉　季雅嵐　吳文革　束維正　任蘭天

摘要：為了探討緩控釋肥料對水稻產量、品質及土壤微生物多樣性的影響，以秈稻品種桃優(yōu)香占為材料，設置釋放天數40 d+80 d各50%（X1）、釋放天數40 d+100 d各50%（X2）、釋放天數60 d+80 d各50%（X3）、釋放天數80 d（X4）、釋放天數100 d（X5）等5個處理，以常規(guī)肥料作為對照（CK），共6個處理。試驗結果表明，與CK相比，施用緩控釋肥料的各處理均在一定程度上提高了水稻穗數、穗粒數，從而使水稻產量增加，其中以X2（釋放天數40 d+100 d各50%）處理產量最佳，增加了43.75%，原因為40 d+100 d控釋肥處理提高了水稻的有效穗數和穗粒數。與其他不同釋放天數緩/控釋肥處理相比，40 d+100 d控釋肥處理能更好地匹配水稻的養(yǎng)分吸收規(guī)律，在保證前期分蘗發(fā)生的同時，也使后期的光合物質生產穩(wěn)定，以獲得較好的穗數、穗粒數以及千粒重；施用緩控釋肥料也有效改善了水稻外觀品質，堊白度表現為X3

關鍵詞：水稻；緩控釋肥料；產量；品質；土壤微生物

中圖分類號：S511.06文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）09-0136-07

水稻是世界上最為重要的糧食作物之一［1］。中國是世界上最大的稻米生產國及消費國，水稻種植面積約占世界水稻種植面積的20%。在水稻種植過程中，其產量和稻米品質除了受氣候條件和栽培措施的影響外，肥料也對水稻存在很大的影響，尤其是氮肥的投入［2］。氮素作為水稻在生長階段需求量最大的營養(yǎng)元素之一，也是水稻生長發(fā)育所需的營養(yǎng)三要素之首，氮肥的投入是保證水稻高產穩(wěn)產的決定性因素［3］。常規(guī)栽培措施中易偏施氮肥導致水稻長勢過旺，從而影響籽粒灌漿，不利于稻米品質的提高［4］。土壤中氮肥的不合理施用，還會改變土壤微生物的生存繁殖環(huán)境，使土壤微生物群落結構發(fā)生改變，降低微生物多樣性和豐富度。而土壤微生物是土壤-植物系統(tǒng)中的重要樞紐，它們參與土壤有機質分解與轉換、土壤的形成，是土壤養(yǎng)分轉化和循環(huán)的動力，此外土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定、土壤肥力與生產力也與土壤微生物多樣性密切相關［5］。相關研究表明，土壤微生物的多樣性越高越有助于土壤功能及生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定［6］。

近年來，緩控釋肥料作為一種新型高效肥料在農業(yè)生產中的應用越來越廣泛，它通過延緩和控制養(yǎng)分釋放速率來延長肥料的作用期，使作物在整個生長期內都可以獲得生長所需要的養(yǎng)分［7］，邢曉鷗等研究表明，施用緩控釋肥有利于水稻生長后期土壤氮素的供應，增加水稻葉綠素含量，延緩葉片衰老等［8］。也可以在減氮20%～30%的情況下不減產甚至增產［9-10］。提高肥料利用效率，減少農田施肥量及施肥次數，降低勞動成本［11］。緩控釋肥對稻米的品質也有一定的影響，程爽等研究發(fā)現施用控釋速效氮肥處理可顯著改善大米加工和營養(yǎng)品質，其中頭碾米率和蛋白質含量分別提高了21.0%～79.12%和18.3%～86.0%，堊白度提高了 12.1%～16.15%［12］。李武等的研究也表明，摻混緩控釋基肥一次施肥處理可以較好地提高稻米的外觀品質和碾米品質，使稻米的整精米率提高4.35%，精米率提高2.88%［13］。

目前，水稻生產中有關緩控釋肥的不同配比對水稻產量、品質及微生物群落多樣性的影響報道較少，因此，本研究選用不同類型的緩控釋肥料，以尋求養(yǎng)分釋放速率與水稻需肥規(guī)律高度匹配的緩控釋肥料，在確保水稻穩(wěn)產的同時，減少稻田的氮肥投入，改善土壤微生物群落多樣性，明確水稻生長發(fā)育最適宜的緩/控釋肥配比，為緩控釋肥料在水稻上的合理應用提供理論依據及數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗于2022年在安徽省鳳陽縣安徽科技學院種植園區(qū)內進行，該地區(qū)氣候為北亞熱帶江北區(qū)亞濕潤季風氣候，年平均氣溫為14.9 ℃，年降水量約 904.4 mm，年蒸發(fā)量約1 609.7 mm。

供試水稻為秈稻品種桃優(yōu)香占，由安徽省農業(yè)科學院水稻研究所提供。2022年5月23日和2022年6月24日在30 cm×60 cm的秧盤中播種，2022年6月25日進行人工移栽。

供試肥料為普通尿素（含N 46%）和控釋肥料（安徽省農業(yè)科學院水稻研究所提供）；磷肥為過磷酸鈣（含P2O5 12%）；鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%）。

1.2 試驗設計

采用田間小區(qū)試驗，移栽水稻品種為桃優(yōu)香占，施用CK、X1～X5共6種相同長效氮比例但釋放天數不同的緩控釋肥料（表1），一次性基施，共6個處理。小區(qū)面積3 m2。隨機區(qū)組排列，重復3次，各處理之間筑埂分隔（寬20 cm，高30 cm），單獨排灌，以防小區(qū)間的肥料養(yǎng)分流通干擾試驗結果。田間管理措施與當地生產保持一致。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 土壤氮素釋放 于水稻移栽后10、20、30、40、60、80、100 d時使用土鉆采取0～15 cm深度的土壤樣品，每個樣品采取3個點，混合后作為該處理的混合土樣，使用氯化鉀進行土樣浸提液處理后使用SmartChem全自動化學分析儀測定氨氮及尿素氮含量。

1.3.2 地表水樣氮素釋放 于水稻移栽后10、20、30、40、60、80、100 d時使用一次性50 mL針筒進行采集，采集100 mL水，置于干凈塑料瓶中，對渾濁水樣進行過濾后使用SmartChem全自動化學分析儀測定氨氮及尿素氮含量。

1.3.3 產量及產量構成因素 人工收割，脫粒后按照標準含水量（14%）計算實際產量。于水稻成熟期后選取代表性的植株9穴，取樣測定每穗粒數、結實率、千粒重等。

1.3.4 稻米品質 收獲后的水稻曬干脫粒，于室內儲藏3個月后，使用PertonDA7200近紅外品質測定儀對稻米進行品質測定。

1.3.5 微生物測定 每小區(qū)采用5點法在水稻收獲后使用土鉆采耕層土（直徑5 cm，深20 cm），裝入密封袋，立即放置冰盒中，在去除水稻根系殘體和雜物后，于-70 ℃ 冰箱中保存，用于土壤微生物分析。

1.4 數據處理

采用Excel 2010、DPS 7.5軟件處理試驗數據，多重比較采用最小顯著性差異法（LSD）進行顯著性分析（α=0.05）。圖表分別采用Origin 2018和Microsoft Excel 2019制作。

2 結果與分析

2.1 不同緩控釋肥處理在稻田水土中氮含量變化

由圖1可知，在施用不同緩控釋肥料處理中，X1、X2處理在稻田水中尿素氮含量變化曲線基本一致，總體表現為施肥后10 d尿素氮含量出現小高峰，隨后降低，至30 d時達到第2個高峰，尿素氮含量分別為17.84、18.60 mg/L，而后隨著時間的推移開始降低，于100 d時增高；其余各處理變化曲線基本一致，均在施肥后10 d到達峰值，隨后逐漸降低，X3處理在施肥后10 d尿素氮含量最高，達到 34.09 mg/L。土中尿素氮含量變化趨勢中，X2、X3處理表現基本相同，均在施肥后10、40、80、100 d時氮素含量較高，尿素氮含量總體處于較高水平；X3、X4、X5處理變化趨勢表現為前期平穩(wěn)釋放，至60 d時尿素氮含量到達峰值，分別為22.00、24.11、16.98 mg/L；常規(guī)肥料在水土中的尿素氮含量變化均表現出平穩(wěn)變化趨勢，且總體含量較低。

由圖2可知，在不同緩控釋肥料處理中，土壤及水中尿素態(tài)氮含量的變化趨勢表現相似，X1、X2處理在稻田水中氨態(tài)氮含量變化曲線一致，這與尿素態(tài)氮相同，表現為施肥后10 d含量出現高峰，隨后降低，至40 d時達到第2個高峰，氨態(tài)氮含量分別為8.39、9.75 mg/L，而后隨著時間的推移開始降低，于80 d時出現最后一個高峰；X3、X4、X5這3個處理表現相同，于施肥后10 d氨態(tài)氮含量較高，隨后降低，至60 d時升高，然后緩慢下降。土中氨態(tài)氮含量變化趨勢中，X1、X2處理同水中相似，均在施肥后10、40、80 d時出現峰值；X3、X4、X5處理變化趨勢表現為施肥后10 d氨態(tài)氮含量高，隨后緩慢下降，30～60 d期間逐步升高，至60 d時含量到達峰值，分別為10.33、8.85、6.96 mg/L；常規(guī)肥料在水土中的氨態(tài)氮含量變化均趨勢與尿素氮相同，且總體含量較低。

2.2 不同緩控釋肥對水稻產量及產量構成因素的影響

由表2可知，在相同施氮量條件下，與常規(guī)施肥相比，不同類型的緩控釋肥料均不同程度地增加了水稻產量。且X2（釋放天數40 d+100 d各50%）處理與CK處理間產量差異顯著，X2處理下水稻產量平均為11.5 t/hm2，比常規(guī)肥料CK處理高出43.75%。

穗粒數和有效穗數是影響水稻產量的主要因素。由表2可知，不同施肥處理對產量構成因素影響各不相同，X1（釋放天數40 d+80 d各50%）處理在效穗數、穗粒數中都處于較高水平且顯著高于CK。X2（釋放天數40 d+100 d各50%）處理穗粒數最高，并且在有效穗數、結實率中均有不同程度的提升。

綜上所述，在不同緩控釋肥處理中以X1（釋放天數40 d+80 d各50%）、X2（釋放天數40 d+100 d 各50%）、X3（釋放天數60 d+80 d各50%）處理產量及產量構成表現較優(yōu)，而40 d控釋肥的釋肥高峰約在移栽后20 d，40 d的控釋肥以及在前期有釋放一定養(yǎng)分的100 d控釋肥為水稻提供了有效分蘗臨界葉齡期前所需的養(yǎng)分，促進了有效分蘗的發(fā)生，100 d的長效控釋肥的釋肥高峰大概在移栽后 45 d，滿足了水稻穗分化時期的養(yǎng)分需求。因此40 d+100 d控釋肥處理能夠獲得更高的產量。

2.3 不同緩控釋肥對稻米品質的影響

由表3可知，施用緩控釋肥料對稻谷加工品質影響顯著，X1（釋放天數40 d+80 d各50%）、X3（釋放天數60 d+80 d各50%）處理在精米率、蛋白質含量中都顯著高于常規(guī)肥料處理，精米率提高了1.38%、1.34%，蛋白質含量增加了7.79%、7.15%；X2（釋放天數40 d+100 d各50%）處理整精米率、蛋白質含量差異顯著，可能是緩控釋肥料的分次釋放能促進氮素向籽粒運轉，提升籽粒蛋白質含量；X4、X5處理在精米率中表現較好，與CK差異顯著。不同肥料處理下稻谷粒長沒有顯著差異。堊白度表現為X3

2.4 不同緩控釋肥對稻田土壤微生物多樣性及群落結構的影響

2.4.1 不同緩控釋肥處理下稻田土壤細菌的多樣性

表4結果表明，各處理細菌的覆蓋率指數均超過0.99，表明測序結果有效，能夠反映土壤樣品中的實際微生物數量。Chao1、Ace指數可以反映土壤中的細菌群落豐富度，數值高代表群落豐富度高。緩控釋肥處理中除X3處理的Ace指數低于CK外，其余各處理的Ace和Chao1指數都高于CK處理組，特別是X4、X5處理組，無論是土壤中Ace指數或者Chao1指數都顯著高于施用常規(guī)肥料的CK處理組；同時使用Simpson、Shannon指數去評估土壤中的細菌群落多樣性，Shannon指數越高，微生物群落多樣性越高，Simpson指數越高，樣品中微生物多樣性越低。X1～X5處理的細菌Shannon指數與CK處理相比，分別提高了3.8%、8.59%、6.38%、13.99%、12.89%；X1～X5處理組的Simpson指數低于CK處理組，其中X1、X2、X3處理顯著降低0.61%、0.30%、0.4%。

2.4.2 不同緩控釋肥對農田土壤微生物群落組成的影響

研究采用97%相似水平為標準界定，對OTU代表序列進行聚類和物種注釋，共檢測出細菌有92門、192綱、356目、499科、807屬和433種，細菌群落具有較高的多樣性。由圖3-a細菌門水平相對豐度柱狀圖可知，在所有處理細菌群落中以變形菌門（Proteobacteria）13%～29%、未分類細菌（unidentif-bacte）14%～27%、擬桿菌門（Bacteroidota）1%～14%、酸桿菌門（Acidobacteriota）14%～20%、厚壁菌門（Firmicutes）1%～8%、綠彎菌門（Chloroflexi）4%～9%、黏球菌門（Myxococcota）3%～5%占優(yōu)勢水平。其中X2（占比29%）、X4（占比25%）、X5（占比24%）處理土壤中的變形菌門相對豐度占比高于施用常規(guī)肥料的CK（占比23%），未分類細菌門中以X2（占比22%）、X3（占比27%）、X5較高（占比23%）?？梢姡┯镁徔蒯尫柿系奶幚硪鹆藢寥兰毦郝浣Y構組成在門水平上的變化。

由相對豐度較高的前10屬細菌中（圖3-b）可見，Candidatus相對豐度占比6%～26%、RB41S相對豐度占比10%～16%、Anaeromyxibacter相對豐度占比3%～12%、BSV13相對豐度占比1%～

14%，除前4個菌屬外，其他各細菌類群的平均相對豐度均小于3.0%，Candidatus、Anaeromyxibacter均在X2處理時較CK處理顯著上升，施用不同緩控釋肥對不同屬菌種的相對豐度影響不盡一致。

3 討論與結論

緩控釋肥料使水稻增產的根本原因在于其養(yǎng)分釋放規(guī)律與水稻需肥規(guī)律高度匹配，從而符合水稻高產的形成規(guī)律［14］。田昌等研究發(fā)現控釋尿素減氮20%～30%仍能保證水稻穩(wěn)產且提高氮素收獲指數2.01%～11.43%［9］；蔣勤偉等研究發(fā)現， 100 d+80 d、100 d+120 d緩控釋肥處理較CK相比在較多穗數的基礎上穩(wěn)定了穗粒數，群體穎花量顯著增加3.57%～5.03%，同時結實率也較為穩(wěn)定，水稻2年平均產量增加4.29%～4.66%［15］；陳貴等研究發(fā)現，緩控釋肥混合脲胺于一基一追模式下減氮20%仍可保持水稻不減產［16］。相關研究也表明，合理施用氮肥可以顯著增加水稻有效穗6.88%～9.12%和每穗粒數3.12%～4.66%，從而提高產量8%～19%［17-18］。本試驗結果表明，不同緩控釋肥處理在等氮條件下，X2處理下產量達到11.5 t/hm2，比常規(guī)肥料CK處理高出43.75%，其他各處理均不同程度高于CK處理；試驗中X1處理每平方有效穗數、穗粒數顯著高于CK；X2處理穗粒數差異顯著；X3、X4、X5處理有效穗、穗粒數與常規(guī)施肥相比增長幅度較小， 差異不顯著； X3處理結實率與千粒重表現較優(yōu)；本研究結果表明，水稻緩控釋肥處理中以X1（釋放天數 40 d+80 d各50%）、X2（釋放天數40 d+100 d各50%）、X3（釋放天數60 d+80 d各50%）處理的水稻有效穗數、每穗粒數增多，說明分次釋放的緩/控釋肥料可以更好滿足水稻前中后期各個階段的養(yǎng)分需求［19-21］，其中以X2（釋放天數40 d+100 d各50%）處理表現較好。

緩控釋肥料作為一種能夠減緩或控制養(yǎng)分釋放的新型肥料，其肥料釋放特性與植物需肥規(guī)律相匹配，不僅可以維持作物的產量，而且還能改善作物的品質。李武等研究發(fā)現，施用緩控釋肥料能有效提高稻米碾米品質和外觀品質，滿足水稻在中后期對氮肥需求，有利于籽粒胚乳的發(fā)育和籽粒灌漿［13］；居靜等的研究也表明，與施用常規(guī)氮肥相比，控釋氮肥未明顯增加直鏈淀粉含量、膠稠度，但粗蛋白含量顯著增加了4.76%～17.43%［22］。本研究結果表明，與CK相比，X1、X2、X3處理的稻米蛋白質含量顯著增加，可能與3種緩/控釋肥料的釋放特性有關，緩控釋肥的分次釋放在水稻生育內期保證了一定的氮素供應，滿足籽粒對養(yǎng)分的需求，促進氮素向籽粒運輸，提高籽粒蛋白質含量。堊白形成的原因主要是由于水稻籽粒灌漿期間養(yǎng)分、灌漿物質供給不足，胚乳儲藏物無法充分填充［23］。本研究表明，施用緩控釋肥料可以有效降低稻米堊白度，提高稻米外觀品質，堊白度表現為X3（60 d+80 d 各50%）

微生物在土壤中作用效果顯著，不僅影響作物健康生長，還參與有機質的分解及養(yǎng)分循環(huán)［25］。研究表明，過量或長期單一施用化肥會惡化土壤環(huán)境，影響土壤細菌群落群落結構及其多樣性。土壤細菌多樣性指數越高，微生物生長的營養(yǎng)物質就越豐富［26］。孟慶英等的研究結果表明，施用控釋肥料對增加土壤細菌、土壤氮素含量及玉米產量有較好影響［27］；羅蘭芳等研究發(fā)現，不施氮處理水稻土壤的細菌數量明顯低于短期施用控釋氮肥處理，周年土壤細菌明顯高于尿素處理［28］。本研究結果表明，與施用常規(guī)肥料相比，不同緩控釋肥處理中除X3處理的ACE指數低于CK外，其余各處理ACE和Chao1指數都分別高于CK，特別是X4、X5處理組，無論是土壤中ACE指數或者Chao1指數都顯著高于施用常規(guī)肥料的CK；X1～X5處理組的Simpson指數低于CK。緩控釋肥料的施入增加土壤中細菌的多樣性和豐富度，這可能是由于肥料養(yǎng)分釋放特性不同，所以對土壤中微生物數量和氮素的影響也不相同，可能是緩控釋肥提高土壤中有機質、氮磷鉀等養(yǎng)分含量，利于微生物繁殖，所以在一定程度上提高了土壤微生物的多樣性［29-31］。說明緩控釋肥的養(yǎng)分釋放可以滿足作物全生育期對養(yǎng)分的需求，為土壤創(chuàng)造良好環(huán)境，從而調節(jié)微生物的生長與活性。施用不同緩控釋肥料并沒有改變土壤中主要優(yōu)勢菌群門屬種類，在屬分類水平，Candidatus、Anaeromyxibacter、Candidatus、Anaeromyxibacter占主要優(yōu)勢，與常規(guī)施肥相比，差異不顯著。各處理在門水平中均以變形菌門（Proteobacteria）為優(yōu)勢菌群，Lesaulnier等研究發(fā)現存在于土壤中的變形菌門多為革蘭陰性菌，其中較多的細菌負責固氮，增加土壤中氮素營養(yǎng)，并且參與N、P、C等元素循環(huán)，促進植物生長［32］。張文鋒等的研究結果也表明，在不同的栽培方式下早稻和晚稻土壤中變形菌門占主要優(yōu)勢，其次為綠彎菌門、酸桿菌門［33］，本研究結果與之相似，在所有處理中以X2處理（釋放天數40、100 d各50%）土壤中變形菌門表現最優(yōu)，X4（釋放天數80 d）、X5（釋放天數100 d）處理也有不同程度的提升。因此施用緩控釋肥不僅增加土壤微生物的多樣性，還改變了微生物的群落結構。

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收稿日期：2023-07-15

基金項目：安徽省科技重大專項（編號：18030701190）；安徽省高校自然科學基金（編號：KJ2018A0527、KJ2019A0810）；國家重點研發(fā)計劃（編號：2018YFF0213502-3、2018YFF0213501-4、2022YFD2301402）；安徽省教育廳2019年度振興計劃（編號：gxyq2019061）。

作者簡介：劉秋蒙（1999—），女，安徽亳州人，碩士研究生，主要從事秸稈綜合利用研究。E-mail：15655033709@163.com。

通信作者：任蘭天，博士，主要從事秸稈綜合利用研究。E-mail：sky1981007@163.com。